支雅雯，張華江*，王曉琪，吳永慶，劉媛媛，曹文慧

大豆分離蛋白（soybean protein isolated，SPI）是一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、來(lái)源豐富的植物蛋白。它是在低溫下將豆粕除去大豆油和水溶性非蛋白成分后，得到一種蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)不少于90%的混合物[1]。SPI包含63%的極性氨基酸，其相對(duì)分子質(zhì)量分布較寬，分子構(gòu)象由氫鍵、靜電作用力和疏水相互作用等來(lái)維持穩(wěn)定，易于形成薄膜[2]。

大豆蛋白基薄膜是以SPI等為基本原料，通過(guò)不同分子間相互作用形成的具有多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜[3]。但單獨(dú)由SPI制備的薄膜機(jī)械性能較差、脆性強(qiáng)且不具熱塑性，制約了其在實(shí)際中的應(yīng)用。而含有極性基團(tuán)的增塑劑分子與蛋白質(zhì)分子相容性良好，可改善SPI的加工性能，如甘油、山梨醇、三乙基二醇、油酸、脂肪酸等。這些物質(zhì)添加到SPI膜中，降低了蛋白分子間的相互作用力，增加蛋白分子間的移動(dòng)性，改善膜的柔韌性和脆性。改善效果取決于塑化劑與SPI分子之間相互作用情況，塑化劑的種類(lèi)和用量對(duì)SPI膜的性質(zhì)影響也很大[4]。甘油、山梨醇都屬于小分子多元醇類(lèi)增塑劑[5]，結(jié)構(gòu)相似且都具有親水性，能與蛋白多聚體較好地相互融合在一起，在成膜液中有較好溶解性。其中山梨醇為糖醇，不具有還原性，因而理論上并不會(huì)與體系中的蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而避免由美拉德反應(yīng)引發(fā)的產(chǎn)品品質(zhì)下降[6-7]。油酸是一種單不飽和脂肪酸，有較強(qiáng)的疏水性，制膜時(shí)油酸能夠插入到蛋白分子之間，削弱大分子間的應(yīng)力而使膜變得柔韌[8]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的研究都著重于分析增塑劑的選擇對(duì)SPI膜機(jī)械性能的影響，忽略了增塑劑對(duì)SPI機(jī)械性能穩(wěn)定性的影響研究。雖然經(jīng)增塑后的SPI膜力學(xué)性能有所改善，但膜貯藏穩(wěn)定性較差，易發(fā)生老化，隨著時(shí)間的推移蛋白膜會(huì)出現(xiàn)增塑劑逸出或流失的現(xiàn)象，SPI膜逐漸變脆、變黃，在貯藏后期其機(jī)械性能穩(wěn)定性可下降至初期的40%左右，嚴(yán)重制約了SPI膜在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用[9]。

本研究選擇常用的3 種不同增塑劑進(jìn)行復(fù)配組合，并與單一使用甘油增塑的SPI膜進(jìn)行對(duì)比，分析不同增塑劑組合對(duì)SPI機(jī)械性能穩(wěn)定性的影響，最后初步篩選出一種在貯藏期內(nèi)穩(wěn)定性較優(yōu)的復(fù)配增塑劑SPI膜，為SPI膜更廣泛的實(shí)際應(yīng)用提供理論參考和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

SPI 哈爾濱高科技（集團(tuán)）股份有限公司；甘油、油酸（均為分析純） 天津市凱通化學(xué)試劑有限公司；山梨醇（分析純） 天津市福晨化學(xué)試劑廠；無(wú)水乙醇 天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司；S-3400N型掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 SPI膜的制備工藝流程

6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）SPI與5%乙醇、水→加入一定量的增塑劑→pH值調(diào)節(jié)至10→磁力攪拌，制成復(fù)合膜溶液→85 ℃水浴加熱30 min→冷卻至室溫→過(guò)濾→倒膜→50 ℃干燥6 h→成膜→回軟30 min→揭膜→貯藏

在預(yù)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)2%、3%、4%、5%的混合增塑劑進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，增塑劑總量在2%～3%，即為SPI質(zhì)量的40%時(shí)，對(duì)SPI膜增塑效果較好。所以在該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中，選擇增塑劑的添加量為SPI質(zhì)量的40%，以單獨(dú)由甘油增塑的SPI膜為空白組，其余組的配比見(jiàn)表1。

表1 不同增塑劑配方組合Table 1 Different combinations of plasticizers

1.3.2 SPI膜的貯藏

將制備好的SPI薄膜于25 ℃、相對(duì)濕度43%（相對(duì)濕度通過(guò)在貯藏空間放置飽和的K2CO3溶液實(shí)現(xiàn)）的恒溫恒濕的環(huán)境下平衡48 h后對(duì)SPI膜的抗拉強(qiáng)度（tensile strength，TS）、斷裂延伸率（breaking elongation，EB）、含水量和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一次測(cè)定。貯藏環(huán)境和平衡環(huán)境一致，SPI薄膜貯藏90 d，每隔10 d對(duì)其機(jī)械性能（TS、EB等指標(biāo)）進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 檢測(cè)指標(biāo)

1.3.3.1 TS測(cè)定

將膜裁成100 mm×20 mm的長(zhǎng)條，用TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀做拉伸測(cè)定，有效拉伸長(zhǎng)度為50 mm，拉伸速率為5 mm/s，最小感應(yīng)力為5.0 g，測(cè)定條件為25 ℃、相對(duì)濕度80%。將膜系于拉伸探頭（A/SPR）上，啟動(dòng)儀器，使探頭慢慢將膜向上拉，直至膜斷裂。記錄膜斷裂時(shí)的TS和伸長(zhǎng)的距離。每種配方的膜取3 個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果取其平均值。

1.3.3.2 EB測(cè)定

式中：L0為樣品原始標(biāo)線間距離/mm；L1為樣品斷裂時(shí)標(biāo)線間距離/mm。

1.3.3.3 水蒸氣透過(guò)率的測(cè)定

采用擬杯子法測(cè)定水蒸氣透過(guò)率（water vapor permeability rate，WVP）[10]，稱(chēng)取3.00 g經(jīng)干燥的無(wú)水氯化鈣并裝入50 mL廣口三角瓶中，用石蠟將待測(cè)的SPI膜密封于瓶口處，通過(guò)測(cè)定杯質(zhì)量的增加量，按照公式（2）計(jì)算WVP。

式中：WVP為水蒸氣透過(guò)率/（（g·mm）/（m2·d·kPa））；Δm為水蒸氣遷移質(zhì)量/g；A為膜的面積/m2；t為測(cè)定時(shí)間/h；L為膜厚/mm；ΔP為膜兩側(cè)的水蒸氣壓差/kPa。

1.3.3.4 機(jī)械性能穩(wěn)定性測(cè)定

變化幅度D值越小，代表SPI膜機(jī)械性能穩(wěn)定性越佳，根據(jù)公式（3）計(jì)算。

式中：Hmax為SPI膜在貯藏期間TS、EB、WVP的最大值；Hmin為SPI膜在貯藏期間TS、EB、WVP的最小值。

1.3.3.5 水溶失率的測(cè)定

按照參考文獻(xiàn)[11]的方法。隨機(jī)選取膜的3 塊，將其放入培養(yǎng)皿中，在105 ℃烘箱中烘至質(zhì)量恒定，稱(chēng)質(zhì)量m1；將樣品放入盛有5 mL去離子水的試管中，常溫放置24 h；取出再烘至質(zhì)量恒定，稱(chēng)質(zhì)量m2。根據(jù)公式（4）測(cè)定水溶失率。

式中：m1為初始的絕干膜質(zhì)量/g；m2為最終的絕干膜質(zhì)量/g。

1.3.3.6 水分體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定

按AACC 44-15A方法測(cè)定膜中的水分體積分?jǐn)?shù)[6]，將膜樣（2 cm×2 cm）在105 ℃條件下干燥至質(zhì)量恒定，稱(chēng)質(zhì)量，根據(jù)干質(zhì)量與濕質(zhì)量之差計(jì)算水分體積分?jǐn)?shù)。然后將其放入盛有30 mL水的燒杯中，在室溫下溶解24 h，再將膜在105 ℃條件下干燥至質(zhì)量恒定，稱(chēng)質(zhì)量，根據(jù)2 次干質(zhì)量之差計(jì)算水分體積分?jǐn)?shù)。

1.3.3.7 接觸角測(cè)定

膜樣品在25 ℃、相對(duì)濕度為50%的恒溫恒濕條件下平衡24 h后，剪成1 cm×2 cm的矩形試樣，將其平整的貼于載玻片上，在距離膜表面10 mm處滴下去離子水液滴，5 s后進(jìn)行拍照，記錄水滴與膜間形成的接觸角。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，取平均值。

1.3.3.8 巰基質(zhì)量摩爾濃度的測(cè)定

參考Beveridge等[12]的方法測(cè)定蛋白質(zhì)的巰基質(zhì)量摩爾濃度。將SPI膜溶液用磷酸鹽緩沖溶液（pH 8.0，0.1 mol/L）以1∶2（V/V）的比例稀釋?zhuān)尤?.05 mL的0.01 mol/L 5,5-二硫代雙（2-硝基苯甲酸）（5,5-dithiobis-2-nitrobenzoic acid，DTNB），30 ℃保溫，反應(yīng)20 min，在412 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度。按照公式（5）計(jì)算巰基質(zhì)量摩爾濃度。

式中：A412nm為加DTNB時(shí)樣品的吸光度；n為稀釋倍數(shù)；ρ為樣品固形物質(zhì)量濃度/（mg/mL）。

1.3.3.9 SEM分析

在放大1 000 倍下觀察單一甘油SPI膜和復(fù)配增塑劑組合SPI膜的結(jié)構(gòu)，分別對(duì)樣品進(jìn)行噴金鍍膜處理，最后用SEM在的放大1 000倍下觀察蛋白膜的表面結(jié)構(gòu)圖像（離子濺射儀工作距離為50 mm，真空度0.05 Pa，電流控制在30 mA，濺射時(shí)間40～60 s，噴金厚度大于5 nm）。樣品取出后，放入已預(yù)熱30 min的SEM觀察室，抽真空，施加5 kV電壓，調(diào)整尺寸，聚焦清晰后，獲取形貌和結(jié)構(gòu)圖像。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò) Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Origin 8.0軟件作圖，采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同增塑劑增塑的SPI薄膜在貯藏期間的TS變化

圖1 貯藏期間不同增塑劑對(duì)SPI膜TS的影響Fig. 1 TS of SPI ベlms with different plasticizers during storage

由圖1可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，單一甘油增塑SPI膜與3 種不同組合的增塑劑SPI膜材料在90 d的貯藏期內(nèi)，TS都呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。貯藏90 d后，空白組、1～3組的TS分別為4.83、4.69、5.09、5.67 mPa，D值分別為31.1%、38.8%、18.2%、11.2%，4 種增塑劑組合SPI膜TS穩(wěn)定性由高到低分別為甘油、油酸、山梨醇組合SPI膜＞甘油、油酸組合SPI膜＞甘油單一增塑SPI膜＞甘油、山梨醇組合SPI膜。

2.2 不同增塑劑增塑的SPI薄膜在貯藏期間的EB變化

圖2 貯藏期間不同種增塑劑對(duì)SPI膜EB的影響Fig. 2 EB of SPI ベlms with different plasticizers during storage

由圖2可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，單一甘油增塑SPI膜與3 種不同組合的增塑劑SPI膜材料在在90 d的貯藏期內(nèi)，EB都呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)。貯藏90 d后，空白組、1～3組EB分別為18.83%、21.13%、19.09%、21.07%，D值分別為68.1%、55.7%、29.3%、23.9%。4 種增塑劑組合SPI膜EB穩(wěn)定性由高到低分別為甘油、油酸、山梨醇組合SPI膜＞甘油、油酸組合SPI膜＞甘油、山梨醇組合SPI膜＞甘油單一增塑SPI膜。

甘油、山梨醇含有—OH，具有親水性，且山梨醇由于其分子質(zhì)量小，親水性更強(qiáng)[7]，在成膜液中有較好溶解性，可輕易插入蛋白分子鏈間[9]，與SPI內(nèi)的基團(tuán)相互作用聯(lián)系密切，所以在貯藏初期呈現(xiàn)出甘油、山梨醇組合的SPI膜TS、EB最大。但由于膜體系中—OH過(guò)多，保水性較差，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，有一部分水分逸出，也嚴(yán)重影響了膜的穩(wěn)定性，使經(jīng)甘油、山梨醇組合SPI膜的TS、EB在貯藏期間有明顯波動(dòng)，表現(xiàn)出較差的穩(wěn)定性。而油酸屬于較強(qiáng)的疏水性物質(zhì)，通過(guò)各種相互作用分布于蛋白膜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，鍵與鍵之間的結(jié)合更為牢固，不易隨貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)逸出膜體系[9]，雖然在貯藏初期TS、EB優(yōu)異性不突出，但在整個(gè)貯藏期間有油酸參與的組合增塑SPI膜都表現(xiàn)出較佳的TS、EB穩(wěn)定性。

2.3 不同增塑劑增塑的SPI薄膜在貯藏期間WVP的變化

圖3 增塑劑的選擇對(duì)SPI膜WVP的影響Fig. 3 Water vapor permeability of SPI ベlms with different plasticizers during storage

膜的WVP是考察膜的透氣性與膜擴(kuò)散性的一個(gè)重要指標(biāo)。在實(shí)際大量應(yīng)用的SPI包裝薄膜中要求薄膜具有水分的高阻隔性[6]。由圖3可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，單一甘油增塑SPI膜與3 種不同組合的增塑劑SPI膜材料在90 d貯藏期內(nèi)，WVP都呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。貯藏90 d后，空白組、1～3組的WVP分別為30.07、33.83、28.17、27.43 （g·mm）/（m2·d·kPa），D值分別為75.23%、85.88%、76.17%、54.88%。從高到低為甘油、山梨醇組合SPI膜＞甘油、油酸組合SPI膜＞甘油單一增塑SPI膜＞甘油、油酸、山梨醇組合SPI膜。這表明有油酸參與組合增塑的SPI膜具備較好的阻氣性能，而由甘油和山梨醇增塑的SPI膜的WVP較高，且在貯藏期內(nèi)有較大的變化幅度。這是因?yàn)樯嚼娲嫉奶砑邮沟脝挝惑w積內(nèi)羥基的數(shù)目增多[13]，結(jié)合水分子的數(shù)目也增多，使膜中蛋白質(zhì)相對(duì)含量下降，削弱了其分子間的相互作用[14]，結(jié)構(gòu)變差，膜的致密性下降[15]，且隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，由于微生物的作用，導(dǎo)致一些化學(xué)鍵斷裂分子之間的遷移性變大[16]，導(dǎo)致油酸、山梨醇與蛋白質(zhì)分子之間所形成的致密空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，所以WVP都呈現(xiàn)不斷升高的趨勢(shì)。

2.4 不同增塑劑增塑的SPI膜水分體積分?jǐn)?shù)在貯藏期間的變化

圖4 不同增塑劑組合對(duì)SPI膜水分體積分?jǐn)?shù)的影響Fig. 4 Water contents of SPI films with different plasticizers during storage

水也是一種增塑劑，是SPI膜的重要組成部分，其體積分?jǐn)?shù)、分布以及狀態(tài)對(duì)膜的機(jī)械性能穩(wěn)定性都具有一定的影響[17]。由圖4可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，單一甘油增塑SPI膜與3 種不同組合的增塑劑SPI膜材料在90 d貯藏期內(nèi)，水分體積分?jǐn)?shù)都呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，只是不同組合膜之間下降速率有差異。貯藏90 d后，空白組、1～3組的SPI膜水分體積分?jǐn)?shù)分別為16.9%、15.9%、17.5%、20.9%，D值分別為32.9%、39.1%、28.8%、15.4%。在整個(gè)貯藏期間，SPI膜保水性的穩(wěn)定性從高到低為甘油、油酸、山梨醇組合SPI膜＞甘油、油酸組合SPI膜＞甘油單一增塑SPI膜＞甘油、山梨醇組合SPI膜。

選擇甘油和山梨醇作為小分子多元醇類(lèi)增塑劑，可以通過(guò)打斷蛋白質(zhì)多肽鏈間的氫鍵減少聚合物相鄰鏈間的分子內(nèi)相互作用而降低膜的脆性及易碎性，增加膜基質(zhì)間的空隙，賦予膜一定的柔韌性，但同時(shí)也增加了蛋白質(zhì)體系吸附水分的能力[18]。因此在貯藏初期，由甘油和山梨醇組合增塑的SPI膜水分體積分?jǐn)?shù)最大，也有較明顯的遞增趨勢(shì)，但隨著貯藏時(shí)間的推移，增塑劑逐漸從蛋白膜體系中遷移的同時(shí)，水分子不僅會(huì)與蛋白膜體系中的蛋白質(zhì)分子相互作用導(dǎo)致一部分水分子揮發(fā)出去，還會(huì)有一部分水分子與親水性增塑劑結(jié)合，從而造成整個(gè)膜體系的水分體積分?jǐn)?shù)在貯藏后期有較大的浮動(dòng)，失水率較高。雖然油酸的疏水性對(duì)膜體系水分體積分?jǐn)?shù)的降低有一定的阻礙作用[19]，但由于蛋白膜體系內(nèi)部存在水分活度梯度[20]，水分會(huì)逐漸從蛋白膜體系內(nèi)由高水分活度連續(xù)相向低水分活度相遷移，使得連續(xù)相中的水分減少，最后體現(xiàn)在整個(gè)蛋白膜體系水分體積分?jǐn)?shù)都存在不同程度的降低[21]。

2.5 SPI膜的水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是蛋白膜在應(yīng)用過(guò)程中一個(gè)重要的考察指標(biāo)[11-12]，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定貯藏初期（1 d）、貯藏中期（45 d）、貯藏末期（90 d）3 個(gè)時(shí)間結(jié)點(diǎn)段內(nèi)增塑劑組合增塑的SPI膜在水中的水溶失率，評(píng)價(jià)不同的增塑劑組合方法對(duì)膜水穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同增塑劑組合對(duì)SPI膜水溶失率的影響Fig. 5 Water soluble loss rate of SPI ベlms with different plasticizers during storage

在經(jīng)過(guò)90 d的貯藏期后，不同增塑劑組合的SPI膜水溶失率都有不同程度增大，空白組、1～3組D值分別為13.42%、16.12%、14.52%、10.73%，穩(wěn)定性由高到低為甘油、油酸、山梨醇組合SPI膜＞甘油單一增塑SPI膜＞甘油、油酸組合SPI膜＞甘油、山梨醇組合SPI膜。

經(jīng)油酸復(fù)配組合增塑作用制得的SPI膜的水溶失率下降，表明油酸的添加增加了SPI的交聯(lián)程度，致使SPI膜的結(jié)構(gòu)變得更加緊密，穩(wěn)定性提高，從而使水溶失率下降。而由甘油、山梨醇、油酸復(fù)配增塑的SPI膜水溶失率最小，并在貯藏期間表現(xiàn)出最優(yōu)穩(wěn)定性，這可能是因?yàn)槌薙PI與增塑劑發(fā)生作用外，不同種增塑劑之間也存在一定的作用力，相互牽引，使親水基團(tuán)減少，疏水性增加，促使蛋白質(zhì)分子鏈在接觸水時(shí)的移動(dòng)性和重排性能下降[22-24]，因此降低了SPI混合膜水溶失率。這也與上文中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。與單一甘油增塑SPI膜相比，甘油、山梨醇組合增塑SPI膜水溶失率有所升高，且在貯藏期間變化幅度最大，這也再次驗(yàn)證了由于蛋白膜體系內(nèi)親水基團(tuán)較多，增加膜體系結(jié)合水分子機(jī)會(huì)的同時(shí)，也造成了膜體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，使一些結(jié)合不牢固的小分子物質(zhì)容易逸出體系外，進(jìn)而使內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，分子之間的交聯(lián)程度下降，引起水穩(wěn)定性的下降。

2.6 SPI膜的疏水性

疏水相互作用是維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力，它對(duì)SPI結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和其功能性質(zhì)具有重要的作用。水接觸角可作為膜材料表面疏水性的考察指標(biāo)[25]。一般說(shuō)來(lái)，若蛋白膜的接觸角較高，則表示其表面具有較強(qiáng)的疏水性及較低的潤(rùn)濕性[26]。圖6所示為在貯藏初期（1 d）與末期（90 d）不同增塑劑組合對(duì)SPI膜疏水性影響的相關(guān)測(cè)定結(jié)果。

圖6 不同增塑劑組合增塑SPI膜在貯藏初期與末期接觸角的變化Fig. 6 Contact angle of SPI ベlms with different plasticizers at the beginning and end of storage

由圖6可知，在經(jīng)過(guò)90 d的貯藏期后，不同增塑劑組合的SPI膜的接觸角都存在不同程度的減小的現(xiàn)象。在貯藏初期，有油酸參與組合增塑的蛋白膜的接觸角都成增大的趨勢(shì)，說(shuō)明油酸引起膜體系的疏水性增強(qiáng)，而山梨醇卻造成膜體系疏水性的降低。4 種SPI膜疏水性的穩(wěn)定性由高到低為甘油、山梨醇與油酸組合增塑SPI膜＞甘油單一增塑SPI膜＞甘油、油酸組合增塑SPI膜＞甘油、山梨醇組合增塑SPI膜。這是因?yàn)镾PI膜與甘油、山梨醇、油酸三者發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，3 種不同性質(zhì)的增塑劑具有一定互補(bǔ)作用，增加SPI的作用位點(diǎn)，提高蛋白分子間的交聯(lián)程度[27]，進(jìn)而使得蛋白結(jié)構(gòu)變緊密，結(jié)合力增加，使SPI膜體系在整個(gè)貯藏期間疏水性的變化幅度都較小。說(shuō)明引發(fā)貯藏期間SPI膜機(jī)械性能改變的因素比較復(fù)雜，增塑劑、水分的遷移可能只是其中的一個(gè)因素。而雖然在初期由甘油、油酸增塑的SPI膜表現(xiàn)出最強(qiáng)的疏水性，但結(jié)合整個(gè)貯藏期間看，其疏水性穩(wěn)定性較差，不利于在實(shí)際中的應(yīng)用。

2.7 SPI膜的巰基含量

巰基是SPI中的重要功能基團(tuán)，對(duì)維持SPI膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性發(fā)揮著重要的作用[28]。而在貯藏期間由于增塑劑的逸出，水分的蒸發(fā)或者微生物的影響都會(huì)引起巰基的變化，從而引起SPI膜內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，造成SPI不同程度的變性，從而影響SPI膜機(jī)械性能的變化。測(cè)定其巰基的含量變化情況可以預(yù)測(cè)蛋白的變性程度。

圖7 不同增塑劑組合對(duì)SPI薄膜巰基含量的影響Fig. 7 Sulfydryl contents of SPI ベlms with different plasticizers during storage

由圖7可知，在90 d的貯藏期內(nèi)，不同增塑劑組合的SPI膜的巰基含量逐漸下降。在貯藏初期，與空白組相比，有油酸參與組合增塑的蛋白膜的接觸角與巰基含量都增大，說(shuō)明油酸的作用可促進(jìn)蛋白結(jié)構(gòu)部分展開(kāi)，二硫鍵斷裂形成巰基暴露到分子的表面，引起SPI膜內(nèi)部巰基含量的增大[29]。而山梨醇、甘油的組合與空白組相比，巰基含量略微下降，說(shuō)明在山梨醇參與下，并沒(méi)有促進(jìn)增塑劑與蛋白分子間的交聯(lián)作用，甚至可能使部分蛋白分子發(fā)生了聚集，引起巰基含量的降低。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了對(duì)SPI膜疏水性的穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果。貯藏末期，空白組、1～3組不同組合增塑的SPI膜巰基含量D值分別為58.3%、69.7%、40.8%、30.1%，可見(jiàn)在油酸、山梨醇、甘油的共同作用下使SPI膜的內(nèi)部分子巰基含量減小幅度最小，說(shuō)明3 種不同增塑劑與蛋白分子間的交聯(lián)作用，不僅可以防止更多增塑劑與水分逸出SPI膜體系外，還可以降低由于膜體系組分的逸出而造成蛋白分子的破壞，從而維持整個(gè)SPI膜體系內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.8 不同增塑劑復(fù)合膜貯藏期間表面SEM分析

圖8 不同增塑劑復(fù)合膜貯藏期間表面SEM圖Fig. 8 Scanning electron micrograph of SPI ベlms with different plasticizers

由圖8可知，在貯藏初期，雖然空白組SPI膜與3組SPI膜相比，表面更為致密平整，無(wú)顆粒狀結(jié)合物，說(shuō)明單一甘油增塑的SPI膜交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)排列更緊密，蛋白粒子之間相互吸引強(qiáng)烈，更好地改善了SPI膜的機(jī)械性能，但經(jīng)過(guò)90 d貯藏期后，此時(shí)單一甘油增塑的SPI膜表面結(jié)構(gòu)變化也最大，此時(shí)蛋白膜表面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)排列疏松，甚至有裂縫和空洞出現(xiàn)。這是由于蛋白膜體系內(nèi)增塑劑的逸出造成的，且由于甘油的小分子性可吸收更多的水分[30]，而導(dǎo)致更多的水分逸出，使原本緊密的結(jié)構(gòu)變的疏散，交聯(lián)程度降低，嚴(yán)重影響了其機(jī)械性能的穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

在90 d的貯藏期內(nèi)，與空白組相比，3 種不同組合SPI膜：甘油、山梨醇組合增塑SPI膜，甘油、油酸組合增塑SPI膜與甘油、山梨醇與油酸組合增塑SPI膜TS穩(wěn)定性分別降低了25%，提高了41%，提高了64%；EB穩(wěn)定性分別提高了18%、57%、65%；水蒸氣透過(guò)率穩(wěn)定性分別降低了14%，降低了1%，提高了27%，對(duì)水的穩(wěn)定性分別降低了20%，提高了8%，提高了20%。表明在增塑效果上來(lái)說(shuō)，小分子多元醇類(lèi)增塑劑（甘油、山梨醇）要高于脂肪酸類(lèi)增塑劑（油酸），且甘油由于體積小以及能吸附到更多的水分，塑化效果又明顯高于山梨醇。但若只使用小分子多元醇類(lèi)增塑劑組合（甘油、山梨醇），雖然蛋白膜的機(jī)械性能有所提高，但機(jī)械性能穩(wěn)定性會(huì)逐漸降低，而由經(jīng)脂肪酸類(lèi)增塑劑油酸參與組合的SPI膜穩(wěn)定性較好。所以綜合考慮SPI膜的機(jī)械性能與穩(wěn)定性，甘油、山梨醇與油酸組合增塑SPI膜表現(xiàn)性能最佳。

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